Способ определения режима массопереноса в жидкометаллическом расплаве

Номер патента: 608088

Авторы: Гольдштейн, Распопин, Селезнев, Сергеев, Федоров

ZIP архив

Текст

П ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН Ия Союз Советских Социалистических Республик(1) 68088 К АВТОРСКОМУ СВИДИТИЛЬСТВУ лнительное к авт. свил-ву(51) И, Кл, а 01 И 274 Государственный комитет Совета Министров СССР по делам нзооретений и открытий) Заявитель ЕСКОМ КОМЕТ ССОПЕРЕНОСАПЛАВЕ 2ле заданного времени диффузии интересующегокомпонента в расплавленном металле проводятпослойный анализ и судят о механизме диффузиина основании характера распределения концентрации диффузанта по длине капилляра 111,Известен также способ определения режимамассопереноса в жидкометаллнческом расллавепутем измерения диффузионного тока электроактивного компонента 2, Способ включает следуюшие приемы. Реализуют амальгамный электрод,капаютций из капилляра определенного диаметра,фиксируют зависимость диффузионного тока отподаваемого напряжения и концентрации элект.роактивного компонента, после чего определяютрежим массопереноса путем расшифровки полученной зависимости "ток-напряжение",ушестве нные своистве Способу ирототипунедостатки, заключающиции высокотемпературни невозможности одюэнсоответствуюший преиконвективному или смЦель изобретения ся в сложности реалиэа деления размера каня рощение процесс 4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕИИЯ РЕЖИМ Изобретение касается измерения электрическихвеличин, точнее измерения диффузионных токов,Определение диффузионных характеристикжидких металлических расплавов является однойиэ сложных проблем. Основная трудность, возникающая при проведении подобного рода иссле.дований, заключается в устранении или, во всяком случае, подавлении конвективного массопрреноса. В самом обшем виде эта задача состоит всоздании контролируемых гидродинамических устювий, при которых скорости подвода и отводачастиц остаются неизменными. Указанная проблема актуальна, например в ядерной технике, прииспользовании жидкометаллических теплоносите.лей, в электрометаллургии цветных и редких метал.1лов с жидкометаллическими электродами и тд.Однозначное установление режима массопереносав жидком металле дает возможность пользовать.ся соответствующим. теоретико математическимаппаратом, а, следовательно, является основойпроектно- технологических и конструкционных решений,Известен способ определения режима массо.переноса в жидкометаллической фазе методом "капилляр резервуар". Способ сводится к следуюшему. Пос ого капающего электрода ачно установить размер капли,мущественно молекулярному, ешанному режимам диффузии - повьюение точности иВремя т; необходимое для выхода зависимое.ти тока от времени на установившийся режим, связано со временем перемещения диффундирующихчастиц на определенное расстояние, Роль такого рас.стояния при чисго молекулярной диффузии играетразмер жидкометаллической капли, а в случае пре.имущественно конвективной диффузии - толщинадиффузионного слоя Ь.Используя выражение для зависилюсти пре дельного диффузионного тока от времениХйЪ(г т О,ЙъР 4 пс чтЗОЦ= Е еи=Оь где Е - заряд;Е - число Фарадея;А - рабочая поверхность анодно раство1ряемой капли;О - коэффициент диффузии электроактив 20 цэго компонента;Се - начальная концентрация электроактивного компонента в капле;1. - высота капли,легко показать, что при достаточно большом 1 25 первый член суммы с и = 0 становится преобладающим, а функция Э (О, 1) становится зкспонентой, По экспериментальной зависимости 3 (О, 1)можно графически найти время с, которое прохо.дит от начала опыта до момента выхода кривой 1 з 0 (О, 1) на экспоненциальную зависимость, Сдрутойстороны время т можно определить аналитическииз условия неэнащтельного влияния (скажем на10%) второго члена суммынавеличину Д (0,1),.г35н4 1.е Использование анодного режима поляризациикапли жидкого металла позволяет устранить по.бочные явления, неизбежные при реализации катод.юго процесса в высокотемпературной системеэлектролит - жидкий электрод (например такие,как перезаряд электроактивных ионов на межфаэ.ной границе, ее пассивация окисными пленками,шламообразов ание),Применение потенциостатического режима призвано обеспечить полное соответствие между задаваемой токовой нагрузкой и скоростью протекающих в электролитической системе процессов.в течение всего времени измерения,Указанные велнщщы заданного потенциалапозволят обеспечить избирательную ионизацию толь.ко электроактивного компонента, а, следователь.но, в чистом виде изучать процесс его диффузии,При нарушении указанного режима будет иметь мес.то совместный перенос диффузанта и конкурирующего металла, т,е, становится невозможной однозначная интерпретация результатов измерений.Фиксация времени 1; от начала потенциостатического электролиза до наступления установившегося режила затухания тока нужна для прямого количественного определения размера жидкометаллической капли, характеризующего требуемый режиммассопсреноса- О 2) Из вь ния (2) легко получит.3 1,Видно, что в кого металла св которая с точнос с известным соо щим средний кв смешается дифф жидкометаллического расплава, характеризующего требуемый режим массопереноса.Для этого в предлагаемом способе на капли жидкого металлического расплава одинакового со. става, но различной величины в потенциосгатичес ких условиях, подают заданный потенциал, не превышающий потенциал избирательной ионизация электроактивного компонента и фиксируют время от начала электролиза до наступления установив. шегося режима затухания токаНа фиг, 1 и 2 изображены графики (а, б, в) способа определения режима массопереноса в кап. ле жидкого металлического расплава измерением диффузионного тока.Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.К потенциостату поочередно подключают жидко металлические капли одинакового состава (с одной и той же кощентрацией электроактивной при. меси - диффузапта), но различной величины, анод. но растворяют их при величине потенциала, не нревышающей потенциал избирательной ионизацни электроактнвного компонента, фиксируют время от начала электролиза до наступления установившегося режима затухания тока, после чего для количественного определения размера капли, характеризующего требуемый режим массопереноса, выявляют зависимость, От размера и по типичным участкам полученной зависимости судят о наличии атомарного, переходного или конвективного механизмов массопереноса, а по границам типичных участков количественно определяют искомый ха. рактерный размер. ремя 1 и высота 1. капли жид.заны зависимостью типа .-От,тью до коэффициента совпадаетношением Эйнштейна, определяюдрат расстояния Х , на котороендирующая частица за время 1 50х =201. (4)Использование формулы (3) предполагает знание коэффициента диффузии О электроактивнойпримеси в капле исследуемого металла, Поэтомув предлагаемом изобретении предложен именнографический метод нахождения характерного раз-мера, не требующий знания величины О.П р и м е р, В качестве примера приведенырезультаты определения режима массопереноса лантана в жидком алюминии потенциостатическиманодным растворением лантан- алюминиевых спла.(ь)Эгр 55 вов, Измерения проводят при 700" С в электролите КСЙ - ЙаСЙ Катодом служит чистый алюминий,электродом сравнения - хлорный цолуэлемент,Величину задаваемого потенциала ( - 2,22 В) определяот в. независимой серии опытов, которая соответствует избирательному растворению лангана.Ионизация алюминия при этом не превышает0,001% от его исходной массы. Измерения в процессе анодной ионизации проврдят с помощью импульсного потенциостата ИП - 70.оДля реализации предлагаемого способа выпоъьняют следующую последовательность операций.К потенциостату поочередно подключают жндкометаллические аноды одинакового состава (А. Ф(1,5+5,2) мм,Проводят избирательное растворение ланганаиз сплавов при заданном потенциале - 2,22 Вотносительно хлорного полузлемента,Фиксируют затухание во времени тока иэби. 20рательной ионизапии лантана из алюминия .(кривые 3-т, график а),Находят время т от начала электролиза довыхода токовой кривои на экспоненциальщай учас.ток. 25Определяют зависимость т от размера капли(график б).По типичным участкам полученной зависимое.ти выявляют диапазоны размеров капель, соответ.ствующнх атомарному, переходному илн конвек- звтивнрму механизмам массопереноса. Восходящаяветвь кривой (на графике б участок 1), обусловлена разрастанием фронта диффузии до радиуса кап,в; нисходящая ветвь (участок 1) связана с соизмеримым влиянием коюекции; на участке 1 И з 5диффузия происходит через установившийся засчет конвекции диффузионный слой толщиной б,При гэф3,15 мм лантан диффундицирует валюминин по молекулярному механизму при4,10 ) гэф ) 3,15 мм имеет место смешанный 40режим диффузии, а при гэф ) 4,10 мм - чистаконвективный,Применяемая выше при обработке экспери.ментальных данных в качестве характерного раэмера величина эффективного радиуса капли. найдена 45по выражениюЭ 0,75 гггтфЭгр.г (5): фгде щ 7 - масса и плотность жидкого метал 5 Ола соответственно.Естественно, что в общем случае можно пользоваться не только эффективным радиусом, но,например эффективной высотой капель Причем связь между .эф и гэф очевидна иэ выраженияЪР (7)3,75АЗксаеримеигальная зависимость .эф - г приве. дена на фиг. Ъ. Здесь же нанесены пунктиром ре зультаты расчета по формуле (3). Видно, что для достаточно малых размеров капли, когда конвек. тивная диффузия не может иметь места, наблюдается хорошее согласие теоретической кривой с экс периметальнымн точками, При некотором (критииском) размере 1,кр наблюдается резкое откло. пение экспериментальной зависимости т от те. оретической учитываинцсй только молекулярную диффузию. Это отклонение обусловлено возникновением конвективного механизма диффузии. Су. щественно, что на кривой т(.) наблюдается харак. терный максимум, очень удобный для определения критического размера .кр, при котором начинается смена режимов диффузии (с атомарного на конвективный). Поэтому "графическое" окончание предлагаемого способа наиболее целесообразно.Таким образом, поочередиым потенциостатическим растворением капель жидкого металличес. кого расплава одинакового состава с различным размером при величине заданного потенциала, соответствующей избирательной ионизации электро- активного компонента и фиксацией времени от на. щла потенциостатического электролиза до наступления установившегося режима затухания тока можно определить размер жидкометаллической капли, характеризующий требуемый режим массо. переноса.ФФормула изобретенияСпособ определения режима массопереноса вжидкометаллическом расплаве путем измерениядиффузионного тока электроактивного компонен.та, отличающийся тем,что, сцельюповышения точности и упрощения процесса опреле.леиия, на капли жидкого металлииского расплава,одинакового состава, но различной величины, в по.тенциостатических условиях подают заданный по.тенциал, не превышающий потенциал избирательнойионизации электроактивного компонента, и фикси.руют время ог начала, электролиза до наступленияустановившегося режима затухания тока,Источники информации, принятые во вниманиепри экспертизе:1, Известия ВУЗов "Черная металлургия" У 11,1961, с. 38,2, Дамаскин Б. Б., Петрий Д. А. Введение вэлектрахимическую кинетику, М., 975, с. 200208,1 фиА ион Фиг Реактор к Заказ 2794/29 Тираж 1112 Подписное ПИ Государственного комитета Совета Министров СС по делам изобретений и открцтий 113035, Москва, Ж, Раушская иабд. 4/5

Смотреть

Заявка

2319871, 22.01.1976

УРАЛЬСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕНИ С. М. КИРОВА

ГОЛЬДШТЕЙН СЕРГЕЙ ЛЮДВИГОВИЧ, РАСПОПИН СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ, СЕЛЕЗНЕВ ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ, СЕРГЕЕВ ВИКТОР ЛЬВОВИЧ, ФЕДОРОВ ВЛАДИМИР АНАТОЛЬЕВИЧ

МПК / Метки

МПК: G01N 27/48

Метки: жидкометаллическом, массопереноса, расплаве, режима

Опубликовано: 25.05.1978

Код ссылки

<a href="https://patents.su/4-608088-sposob-opredeleniya-rezhima-massoperenosa-v-zhidkometallicheskom-rasplave.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Способ определения режима массопереноса в жидкометаллическом расплаве</a>

Похожие патенты